计算机四级考试操作系统论述题真题(二)

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3.从资源管理的观点来看，操作系统的管理对象是计算机系统的资源，操作系统则是管理系统资源的程序集合。
6 d8 I; R  b" S* ?5 y（1）。试问操作系统所管理的资源有哪些？（4分）
（2）。操作系统从哪几个方面对资源进行管理？主要完成什么工作？（12分）
/ N" q) u! Q# n" q（3）。以存储管理中的段式存储管理为例，请叙述操作系统对内存的具体管理方案（包括功能、数据结构和算法）。（14分）
答案：
9 f, d' O  M+ n8 E: u4 D（1）。操作系统所管理的资源分为硬件资源和软件资源，硬件资源包括：CPU、内存、各种外部设备，软件资源主要是信息（程序和数据）。（4分）
（2）。操作系统在共享的前题下，以资源分配、使用和回收为出发点，考虑操作系统各部分程序的功能和算法，解决并发环境中的资源管理问题。
" ]# T/ s. q, j' e; F7 U" r虽然操作系统所管理的各类资源的性质各不相同，但所需要解决的问题以及资源管理的策略又都具有类似之处。因此，每种资源管理模块都要研究以下几方面的内容：
①记住资源的使用状态，即记住哪些资源处于空闲，哪些资源已被使用和被谁使用等；
②确定资源的分配策略，即根据各类资源的不同特点确定一组原则，以决定如何进行资源的分配和调度；
% n. }/ P7 n7 {  |0 y3 [2 t" o③执行资源的分配，即根据用户的要求和资源分配策略，具体执行资源的分配工作；
④回收资源，即当某些用户作业已不再需要某种资源时，系统及时地回收资源，以便重新分配给其它的作业使用。
（答出一项给3分。）

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（3）。首先从内存划分、程序逻辑地址划分、内存分配几方面考虑段式存储管理方案的工作原理：
①内存划分：内存空间被动态地划分为若干个长度不相同的区域，每个区域称作一个物理段、每个物理段在内存中有一个起始地址，称作段首址。将物理段中的所有单元从0开始依次编址，称为段内地址。（2分）
②逻辑地址空间划分：用户程序按逻辑上有完整意义的段来划分。称为逻辑段。例如主程序、子程序、数据等都可各成一段，每段对应于一个过程，一个程序模块或一个数据集合。将一个用户程序的所有逻辑段从0开始编号，称为段号。将一个逻辑段中的所有单元从0开始编址，称为段内地址。（2分）
用户程序的逻辑地址由段号和段内地址两部分组成：段号，段内地址
3 ^3 l7 @- c1 s% {- P  j2 \6 V- R, t③内存分配：系统以段为单位进行内存分配，为每一个逻辑段分配一个连续的内存区 （物理段）。逻辑上连续的段在内存不一定连续存放。（2分） 然后，从实现方法上考虑：
④建立段表（2分）
系统为每个用户程序建立一张段表，用于记录用户程序的逻辑段与内存物理段之间的对应关系，包括逻辑段号，物理段首地址和物理段长度三项内容。用户程序有多少逻辑段，该段表里就登记多少行，且按逻辑段的顺序排列。段表存放在内存系统区里。
⑤建立空闲区表（6分）
系统中设立一张内存空闲区表，记录内存中空闲区域情况，用于为段分配和回收内存。系统在寻找空闲区时可采用以下三种分配算法。
①首先适应算法
根据申请，在空闲区表中选取第一个满足申请长度的空闲区。此算法简单，可以快速做出分配决定。
②最佳适应算法
根据申请，在空闲区表中选择能满足申请长度的最小空闲区。此算法最节约空间，因为 它尽量不分割大的空闲区。其缺点是可能会形成很多很小的空闲区域，称作碎片。
; j4 ]9 _) e: ~' m& Q/ u$ c③最坏适应算法
根据申请，在空闲区表中选择能满足申请要求的最大的空闲区。该算法的出发点是：在大空头区中装人信息后，分割剩下的空闲区相对也大，还能用于装入新的信息。该算法的优点是可以避免形成碎片；缺点是分割大的空闲区后，再遇到较大的申请时，无法满足的可能性较大。
4.目前，大多数计算机系统都支持虚拟页式地址转换机制。试回答下列问题：
8 I+ S, s6 \. B# n! P. ^（1）。页式存储管理方案中，用户地址空间怎样划分？内存地址空间怎样划分？内存分配过程是怎样的？（10分）
（2）。页表应设计哪些数据项，每个数据项的作用是什么？（10分）

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（3）。页式存储管理方案中，地址映射机制需要哪种寄存器的支持？为了加快地址映射速度，需要采取什么措施？该措施的作用是什么？（10分）
答案：
% s- d* o3 i1 T" _（1）。系统将用户程序的逻辑空间按照相等大小划分成若干界面，称为逻辑页面。（2分）各个逻辑页面从0开始依次编号，每个逻辑页面内也从0开始编址，称为页内地址。用户程序的逻辑地址由逻辑页号和页内地址两部分组成。（2分）
页式存储管理将内存空间按照逻辑页面大小划分成等长的若干区域，每个区域为一个内存块。（2分）内存的所有内存块从0开始编号。（1分）
" s2 h; c8 S) k% [  m$ u1 y& U% j7 L4 R内存分配时，以页面（块）为单位，并按用户程序所需页数多少进行分配。（2分）逻辑上相邻的页面在内存中不一定相邻，即分配给用户程序的内存块不一定连续。（1分）
9 q6 }7 o1 R) s（2）。页表表项有：
逻辑页面号；（2分）
物理页面号（或块号）；（2分）
0 {- u8 C5 P2 V# ~7 T  b驻留位（中断位或特征位）：指示该页在内存还是在外存；（2分）
外存地址：指示该页在外存的地址；（2分）
6 j, v$ ?+ o+ d# w3 q修改位：指示该页在内存驻留期间是否被修改过；（2分）
+ ]+ C0 @& w# l（3）。系统提供一对硬件寄存器：页表始址寄存器和页表长度寄存器。（2分，答对1个为1分）
①页表始址寄存器，用于保存正在运行进程的页表在内存的首地址。当进程被调度程序选中投入运行时，系统将其页表首地址从进程控制块中取出送入该寄存器。（2分）
! b' r  h7 I  q- Y②页表长度寄存器，用于保存正在运行进程的页表的长度。当进程被选中运行时，系统将它从进程控制中块中取出送入该寄存器。（2分）
- V1 c7 |" H' j! s$ N为了加快地址映射速度，可在地址映射机制中增加一个小容量的联想寄存器（相联存储器），（2分）它由高速寄存器组成，成为一张快表，快表用来存放当前访问最频繁的少数活动页的页号。（2分）